Pirometry

Czym są termometry na podczerwień?

Pirometr i termometr na podczerwień często w języku potocznym odnoszą się do tego samego urządzenia. Podczas gdy termin pirometr jest częściej używany w sektorze przemysłowym i handlu, termin termometr na podczerwień jest częściej używany w sektorze gospodarstw domowych i prywatnych warsztatów.

Termin pirometr jest złożeniem greckich słów pyr "ogień" i métron "miara, miernik". "Ogień" zdaje się symbolizować niezwykle wysokie temperatury, które mogą wykryć przyrządy pomiarowe.

W zależności od modelu, termometry na podczerwień lub pirometry są w stanie mierzyć temperatury od -50 do +5000°C - całkowicie bezdotykowo. Aby określić temperaturę powierzchni przedmiotów, nie trzeba mieć z nimi bezpośredniego kontaktu. Zamiast tego wykrywają ciepło lub promieniowanie podczerwone emitowane przez każdy obiekt, którego temperatura jest wyższa od zera absolutnego wynoszącego 0 Kelwinów (odpowiednik -273,15°C).

Aby zmierzyć temperaturę, termometry na podczerwień lub pirometry skupiają się na określonym obszarze obiektu, tzw. plamce pomiarowej. Za pomocą optyki wejściowej lub soczewki, promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekt jest wiązane i skupiane na elemencie detektora. Jest to czujnik, który przekształca promieniowanie w proporcjonalny sygnał elektryczny i przekazuje je dalej. Sygnał jest wzmacniany, dalej przetwarzany i pokazywany w odpowiedniej wielkości wyjściowej na wyświetlaczu urządzenia do pomiaru temperatury. Termometry na podczerwień z kamerą termowizyjną nie podają wartości liczbowej, lecz tworzą obraz termiczny, dzięki któremu różnice temperatur na powierzchniach są widoczne za pomocą kolorowych podświetleń.

Dokładność pomiaru temperatury w podczerwieni zależy w dużym stopniu od emisyjności badanego obiektu. Jest to miara jednostkowego promieniowania cieplnego danego ciała w stosunku do przykładowego ciała w kolorze czarnym, które całkowicie pochłania całe promieniowanie. Powód, dla którego emisyjność odgrywa tak decydującą rolę jest następujący: istnieją obiekty, które mogą być bardzo gorące, ale prawie nie emitują promieniowania podczerwonego, co wynika z ich właściwości materiałowych. Aby móc zinterpretować natężenie emitowanego promieniowania i rozpoznać z niego prawidłową temperaturę, należy znać emisyjność danego materiału lub ciała. Beton, cegły, marmur, laminat i płytki mają wysoką emisyjność, czyli oddają dużo ciepła. Są one bardzo przydatne do bezkontaktowego pomiaru temperatury. Płyty pilśniowe, tapety, lakiery i ceramika mają średnią emisyjność. Porcelana, korek i bawełna mają niską emisyjność, czyli prawie nie oddają ciepła, gdy są gorące.

Dokładność urządzeń do pomiaru temperatury również odgrywa istotną rolę, zwłaszcza gdy wymagane są wyniki pomiarów o wysokiej precyzji. Podstawowa dokładność, na przykład ±1 procent lub ±1 stopień Celsjusza, wskazuje, że rzeczywista wartość pomiarowa może odbiegać w górę lub w dół odpowiednio o 1 procent lub 1 stopień Celsjusza. Termometry IR mierzą temperaturę poprzez wymierzenia w punkt pomiarowy na badanym obiekcie. Im dalej od niego znajduje się termometr, tym większa staje się plamka pomiarowa.

W takich przypadkach ważna jest bardzo dobra rozdzielczość optyczna. Termometry na podczerwień wyposażone w wysokiej jakości systemy soczewek pracują bardzo dokładnie nawet w większych odległościach od mierzonego obiektu. W tym kontekście należy wziąć pod uwagę wskaźnik rozdzielczości optycznej, tzw. optykę pomiarową. Jest to stosunek odległości do wielkości plamki pomiarowej. Na przykład optyka pomiarowa 10:1 wskazuje, że plamka pomiarowa ma średnicę 1 cm, gdy znajduje się w odległości 10 cm od czujnika termometru.

Kupując termometry lub pirometry na podczerwień, należy również zwrócić uwagę na podaną emisyjność, dla której urządzenie zostało skalibrowane. Modele o emisyjności 0,95 mogą bez problemu mierzyć takie materiały jak beton, drewno czy powierzchnie malowane. Nie nadają się one jednak do pomiaru temperatury obiektów o mniejszej emisyjności. W przypadku wysokiej jakości pirometrów, emisyjność może być regulowana indywidualnie, ale w tym celu trzeba dokładnie wiedzieć, z jakim materiałem mamy do czynienia i jaką ma on emisyjność. W tym celu istnieją tabele emisyjności, w których wiele różnych materiałów jest wymienionych według typu i składu oraz z ich odpowiednią emisyjnością.